前言 2022年,全球半導體產(chǎn)業(yè)連續高增長(cháng),進(jìn)入調整周期。與此形成對比,在新能源汽車(chē)、光伏、儲能等需求帶動(dòng)下,第三代半導體產(chǎn)業(yè)保持高速發(fā)展,全球化供應鏈體系正在形成,競爭格局逐步確立,產(chǎn)業(yè)步入快速成長(cháng)期。而國內第三代半導體產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)前期產(chǎn)能部署和產(chǎn)線(xiàn)建設,國產(chǎn)第三代半導體產(chǎn)品相繼開(kāi)發(fā)成功并通過(guò)驗證,技術(shù)穩步提升,產(chǎn)能不斷釋放,國產(chǎn)碳化硅(SiC)器件及模塊開(kāi)始“上機”,生態(tài)體系逐漸完善,自主可控能力不斷增強,整體競爭實(shí)力日益提升。 ![]() 01 產(chǎn)能釋放,第三代半導體產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入”戰國時(shí)代” 《2022第三代半導體產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(shū)》顯示,2022年我國第三代半導體功率電子和微波射頻兩個(gè)領(lǐng)域實(shí)現總產(chǎn)值141.7億元,較2021年增長(cháng)11.7%,產(chǎn)能不斷釋放。其中,SiC產(chǎn)能增長(cháng)翻番,GaN產(chǎn)能增長(cháng)超30%,新增投資擴產(chǎn)計劃較2021年同比增長(cháng)36.7%。同時(shí),隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)快速增長(cháng),光伏、儲能需求拉動(dòng),2022年我國第三代半導體功率電子和微波射頻市場(chǎng)總規模達到194.2億元,較2021年增長(cháng)34.5%。其中,功率半導體市場(chǎng)超過(guò)105.5億元,微波射頻市場(chǎng)約88.6億元。 預計,2023年將是第三代半導體大放異彩的一年,市場(chǎng)將見(jiàn)證一個(gè)“技術(shù)快速進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)快速增長(cháng)、格局大洗牌”的“戰國時(shí)代”。 02 SiC、GaN功率器件成為 支撐電子信息技術(shù)發(fā)展的生力軍 作為新一代半導體材料,碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)具有傳統Si材料無(wú)可比擬的優(yōu)勢,其禁帶寬度是Si的3倍左右,擊穿場(chǎng)強約為Si的10倍,功率高、載流子遷移率高、飽和電子速度快、耐高溫高壓、高能效、低損耗等優(yōu)異特性,滿(mǎn)足高電壓、高頻率場(chǎng)景。 ![]() 新能源汽車(chē)到光伏儲能,從軌道交通到移動(dòng)電源,從數據中心到通訊基站,基于第三代寬禁帶半導體材料的功率器件發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。功率半導體器件是電力電子技術(shù)發(fā)展的重要組成部分,是電力電子裝置實(shí)現電能轉換、電源管理的核心器件,主要功能有變頻、變壓、整流、功率轉換和管理等,兼具節能功效。尤其是在目前技術(shù)競爭和節能環(huán)保的大環(huán)境下,第三代半導體已經(jīng)成為全球大國博弈的焦點(diǎn)。 此外,第三代寬禁帶半導體材料的研究也推進(jìn)著(zhù)LED照明產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,從Mini-LED到Micro-LED,持續影響半導體照明產(chǎn)業(yè),而且在大功率激光器、紫外殺菌/探測領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要的作用。 ![]() 03 SiC、GaN布局提速 功率器件靜態(tài)參數測試如何破局? 目前,功率半導體器件市場(chǎng)呈現出集成化和模塊化、高性能和高可靠性、多電平技術(shù)、新型器件結構和工藝、智能化和可重構等發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。功率半導體器件作為應用于嚴苛環(huán)境下的高功率密度器件,對器件可靠性要求居于所有半導體器件的前列。因此,對器件精準的性能測試要求、符合使用場(chǎng)景的可靠性測試條件以及準確的失效分析方式將有效的提升功率半導體器件產(chǎn)品的性能及可靠性表現。 不同材料、不同技術(shù)的功率器件的性能差異很大。市面上傳統的測量技術(shù)或者儀器儀表一般可以覆蓋器件特性的測試需求。但是寬禁帶半導體器件碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)的技術(shù)卻極大擴展了高壓、高速的分布區間,如何精確表征功率器件高流/高壓下的I-V曲線(xiàn)或其它靜態(tài)特性,這就對器件的測試工具提出更為嚴苛的挑戰。 04 基于國產(chǎn)化數字源表的SiC/GaN 功率半導體器件靜態(tài)參數測試解決方案 靜態(tài)參數主要是指本身固有的,與其工作條件無(wú)關(guān)的相關(guān)參數。靜態(tài)參數測試又叫穩態(tài)或者DC(直流)狀態(tài)測試,施加激勵(電壓/電流)到穩定狀態(tài)后再進(jìn)行的測試。主要包括:柵極開(kāi)啟電壓、柵極擊穿電壓、源極漏級間耐壓、源極漏級間漏電流、寄生電容(輸入電容、轉移電容、輸出電容),以及以上參數的相關(guān)特性曲線(xiàn)的測試。 圍繞第三代寬禁帶半導體靜態(tài)參數測試中的常見(jiàn)問(wèn)題,如掃描模式對SiC MOSFET 閾值電壓漂移的影響、溫度及脈寬對SiC MOSFET 導通電阻的影響、等效電阻及等效電感對SiC MOSFET導通壓降測試的影響、線(xiàn)路等效電容對SiC MOSFET測試的影響等多個(gè)維度,針對測試中存在的測不準、測不全、可靠性以及效率低的問(wèn)題,普賽斯儀表推出基于高精度數字源表(SMU)的第三代半導體功率器件靜態(tài)參數測試方案,為SiC和GaN器件提供可靠的測試手段,實(shí)現功率半導體器件靜態(tài)參數的高精度、高效率測量和分析。具備更優(yōu)的測試能力、更準確的測量結果、更高的可靠性與更全面的測試能力。具有高電壓和大電流特性、μΩ級導通電阻精確測量、nA級電流測量能力等特點(diǎn)。支持高壓模式下測量功率器件結電容,如輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等。 ![]() |